氨基酸螯合铁在猪产业上的研究进展及发展前景

2014-04-06杨维仁

饲料工业 2014年19期

■杨维仁李妍

（山东农业大学动物科技学院，山东泰安271018）

铁是对动物的生长和健康最重要的微量元素之一。铁参与血红蛋白和肌红蛋白的合成，在猪体内主要生理作用是参与氧的转运、变换和组织呼吸过程，同时是细胞色素及多种氧化酶的成分。氨基酸与微量元素的螯合物是20世纪70年代由美国首先研制成功的第3代绿色饲料添加剂。大量研究结果表明，与无机铁相比，氨基酸螯合铁的生物利用率高，化学稳定性高，副作用小，有利于提高动物免疫力，并对减少环境污染有积极作用。研究氨基酸螯合铁在养猪生产上应用具有实践意义，以便为现代养猪业可持续发展寻找一种可行的补铁方式。

1 氨基酸螯合铁

1.1 氨基酸螯合铁的描述

美国饲料管理官员协会(MFCO，1996)对氨基酸螯合铁进行了描述，具体如下：氨基酸螯合铁是指由某种可溶性铁盐中的一个铁离子，同氨基酸按一定的摩尔比率以共价键结合而成，1 mol的铁同1～3（最好是2）摩尔的氨基酸结合，要求水解氨基酸的平均分子量为150左右，且生成的螯合物的分子量不超过800[1]。

1.2 氨基酸螯合铁的加工工艺

1.2.1 单一氨基酸螯合铁加工工艺

单一氨基酸螯合铁由纯的单体氨基酸与可溶性铁盐中的铁离子螯合而成，如蛋氨酸铁、甘氨酸铁等。其生产工艺为：单体氨基酸溶液+可溶性铁盐中的铁离子→螯合（加碱液）→离心分离→浓缩→载体吸附（或结晶)→真空干燥→粉碎→成品[2]。

1.2.2 复合氨基酸螯合铁加工工艺

复合氨基酸螯合铁是由蛋白质原料经化学或酶法水解成氨基酸，然后再与铁盐螯合，其生产工艺为：蛋白质原料→预处理→水解→使酶失活或中和，去酸→过滤（→脱色→脱盐）→螯合→载体吸附→喷雾干燥→粉碎→成品[2]。

目前市场上主要以复合氨基酸螯合铁产品为主。而单一氨基酸螯合铁价格昂贵，应用范围较窄。

2 氨基酸螯合铁在养猪生产上的应用效果

2.1 对母猪繁殖性能的影响

多位研究者认为，氨基酸螯合铁可通过胎盘转运，进入到发育中的胚胎(无机铁无法通过)。占海昱等[3]试验结果表明，母猪采食氨基酸螯合铁后，可以降低产后子宫感染率，加快子宫组织恢复，降低胚胎和胎儿的死亡率，从而提高母猪的繁殖性能。Darneley等[4]报道，在产前28 d妊娠母猪饲粮中添加氨基酸螯合铁可提高母猪繁殖性能和仔猪育成率。Kuznetsov[5]、Ashmead[6]及陈婉如等[7]的报道均支持上述观点。

华卫东等[8]报道，赖氨酸铁和甘氨酸铁相对于硫酸亚铁可以不同程度地提高母猪母乳铁含量，提高血清铁和降低血清总铁结合力，其中赖氨酸铁提高母猪母乳中的铁含量效果更显著(P＜0.05)。王学梅[9]给妊娠后期母猪补饲甘氨酸螯合铁，研究表明母猪胎盘铁含量显著增加，初生仔猪肝脏铁含量也有增加的趋势。韩友文[10]的观点认为，赖氨酸是猪常规日粮的第一限制性氨基酸，如用其作为配位体有效，则赖氨酸有双重营养功能，经济而高效。马康才等[11]试验表明，在母猪妊娠后期饲粮中添加蛋氨酸铁可使初生仔猪的红血球及血红蛋白量显著提高。童建国等[12]报道，妊娠母猪日粮中添加400 mg/kg的甘氨酸铁，可显著提高母猪的产仔性能及哺乳母猪采食量。然而，Schoneweis等13]报道，在妊娠母猪日粮中添加250 mg/kg Fe(源于氨基酸螯合铁)，仍不能满足仔猪对铁的需要。所以，对于有机铁在养猪生产中的应用需要做更多的研究。

2.2 对仔猪的影响

2.2.1 对哺乳仔猪的影响

复合氨基酸螯合铁对哺乳仔猪的补铁效果明显优于硫酸亚铁（P＜0.05或P＜0.01)，能显著提高日增重，提高血红蛋白含量、血浆铁含量、转铁蛋白含量，并能明显改善哺乳仔猪的体况行为，降低饲料消耗及白痢病发生率，其有效性为硫酸亚铁的110.69%～128.78%。硫酸亚铁复合氨基酸螯合铁组与硫酸亚铁组却差异不显著（P＞0.05）。复合氨基酸螯合铁是以Fe2+与氨基酸形成络合物，使分子内呈中性，在体内pH环境中溶解性好，其吸收速度为无机铁盐的2～3倍，具有较高的生物学效价[14]。在妊娠母猪和哺乳母猪日粮中添加氨基酸螯合铁，初生仔猪体内铁含量升高，血液中免疫球蛋白和血红蛋白的浓度提高，仔猪日增重增加，育成率提高[15]。Spears等[16]也研究了蛋氨酸螯合铁对哺乳仔猪的相对生物学效价，结果为180%～277%(硫酸亚铁为100%)。许丽[17]的研究表明，在母猪产前2周和产后3周的日粮中添加150 mg/kg氨基酸螯合铁，仔猪生后不补充任何铁剂，可获得与肌注右旋糖苷铁相同的增重和预防贫血的效果，因此利用氨基酸螯合铁补铁可以避免仔猪应激，利于环境保护和养猪业可持续发展。Paul等[18]、杭柏林等[19]的母猪饲养试验也有一致结果。然而，徐建雄等[20]认为，仅在母猪饲料中添加氨基酸螯合铁不能显著提高仔猪的生长速度，而在母猪及仔猪日粮中同时添加氨基酸螯合铁就能够均匀地满足仔猪的快速生长的需求。石文艳[21]在母猪日粮中添加100 mg/kg氨基酸螯合铁，结果证明仔猪生产性能及仔猪体内的铁贮提高，有利于预防仔猪贫血。氨基酸螯合铁虽对初生仔猪血红蛋白的提高有一定效果，但仍然需要注射铁补针以保证仔猪一定的血红素状况[22]。

2.2.2 对断奶仔猪的影响

纪孙瑞[23]认为，氨基酸螯合铁能够提高动物对营养物质的消化率。徐建雄[24]试验证明在断奶仔猪日粮中添加蛋氨酸铁能提高仔猪的生长速度及饲料利用率。石文艳[21]的试验支持上述观点。王明镇等[25]在基础日粮添加100 mg/kg无机铁的基础上再添加氨基酸螯合铁40、80、120、160 mg/kg，研究结果表明早期断奶仔猪生产性能提高。当有机铁添加量120 mg/kg时，头日增重比不添加有机铁提高9.18%，同时可显著降低腹泻率及料重比。试验同时证明，氨基酸螯合铁添加量为100～120 mg/kg之间提高生产性能效果最显著。郭海涛等[26]也证明氨基酸螯合铁具有增效作用。叶婷[27]试验证明，日粮中添加苏氨酸铁能够有效的促进断奶仔猪生长，改善其生产性能(P＜0.05)，极显著的降低料肉比(P＜0.01)，提高了血清铁和免疫球蛋白G含量。增强了仔猪免疫功能，对改善仔猪的血液生化指标有一定的积极作用，其效果为100 mg/kg和125 mg/kg较明显(P＜0.01)。

2.3 对生长猪的影响

国内外尤其国内，关于氨基酸螯合铁对生长猪应用功效的研究较少，可能是由于生长猪对铁的需求量相对较低，且生长猪对铁的重吸收作用很强，缺乏症状不明显，因而受到较少的重视。徐建雄等[28]在早期断奶仔猪日粮中添加60 mg/kg蛋氮酸铁，使生长肥育猪日增重提高6.85%～9.25%，表明蛋氮酸铁可有效地促进肉猪生长。占海昱等[3]的试验结果也证明蛋氮酸铁可提高肉猪生产性能，是一种极有发展前途的补铁制剂。娄雪彪[29]在生长育肥猪中添加60 mg/kg蛋氨酸铁，日增重提高13%，料肉比降低11.7%，经济效益提高13%，对27～82日龄的生长猪，铁的利用率提高36%。

3 氨基酸螯合铁的吸收机制

3.1 完整吸收假说

3.1.1 完整吸收假说内容

完整吸收假说认为，氨基酸铁络合物利用肽和氨基酸的吸收机制以整体的形式透过肠黏膜层进入血液，同时铁离子被保护在络合物的核心，大大提高了微量元素的利用率[30]。此假说强调的是有机微量元素的吸收途径可能与无机盐不同。

3.1.2 完整吸收假说理论依据

Hopping等[31]研究认为铁是以螯合物形式被吸收的。Saltman[32]提出的铁吸收转运机制与Hopping观点一致。大多数的氨基酸以二肽和三肽的形式被吸收（Adibi等，1973）[33]。Found[34]研究表明，位于具有五员环或六员环螯合物中的金属离子，可以直接通过小肠绒毛刷状缘。可见，氨基酸螯合铁是铁吸收的原始模式之一。刘春海等[35]也认为氨基酸螯合物被动物摄入后，可直接通过肠道被吸收。Vandergrift(1991)提出：金属元素一旦同氨基酸、肽络合，那么该矿物元素在体内被机体吸收的情况，完全由与之络合的氨基酸、肽决定，即络合后的金属元素其代谢等同于与之络合氨基酸、肽的代谢。

3.2 竞争吸收假说

3.2.1 竞争吸收假说内容

竞争吸收假说认为氨基酸铁络合物进入肠道后铁元素受到氨基酸的保护，可防止铁元素同饮水或消化物里的物质发生反应变为不溶性化合物，而直接到达小肠刷状缘，并在吸收位点处发生水解，以铁离子形式进入肠上皮细胞并被吸收人血液，因此进入体内的铁元素量增加[30]。

3.2.2 竞争吸收假说理论依据

Conrad等[36]和Kroe等[37-39]都认为氨基酸螯合铁的形成增加了铁在肠腔中的溶解度，或者氨基酸起着铁离子的载体作用，从而促进铁的吸收。支持此观点的试验研究较多。

Layrisse等[42]首次发现某些肉类蛋白质在胃肠道中消化产生的小肽或氨基酸[41]能够促进机体对非血红素铁的吸收。Kroe[37-40]研究并证明了组氨酸可以促进Fe2+的吸收。Van Campen[43]利用体内结扎十二指肠结合灌注技术，研究证明了组氨酸、赖氨酸、半胱氨酸可以显著增加大鼠对Fe3+的吸收。Glahn等[44]的试验结果支持Van Campen的观点。周桂莲[45]利用体内原位结扎肠段并灌注技术结合放射性同位素示踪技术，研究氨基酸螯合铁的吸收特点，试验结果表明：与相应摩尔浓度的氨基酸与氯化亚铁的混合物相比，赖氨酸和甘氨酸都能促进大鼠对Fe2+的吸收。

3.2.3 氨基酸促进日粮铁吸收的原因

目前人们对氨基酸促进日粮铁吸收的原因主要有三种观点：第一，氨基酸对肠腔内pH值起缓冲作用，在一定程度上降低了肠道pH值[1]；第二，氨基酸螯合铁稳定常数适中，在胃中酸性环境中不易被解离，所以不受日粮中其他影响铁吸收因子的干扰，有利于十二指肠对铁的吸收和转运[46]；第三，氨基酸刺激了特定或非特定的肠道转运系统。

3.3 氨基酸螯合铁吸收机制

目前，有机微量元素在肠道内的吸收机制仍无定论，还需进行大量深入的研究探索，寻找直接的试验证据。

4 氨基酸螯合铁的优势及问题

4.1 氨基酸螯合铁的优势

氨基酸螯合铁相比无机铁的优势：①稳定的化学性质。氨基酸螯合铁克服了无机铁在消化道易与磷酸根、碳酸根离子结合成不溶物的缺陷。②氨基酸螯合铁由于分子是电中性，在肠道中不经历相反电荷的作用过程，不会形成阻力和沉积现象，有效缓解矿物元素间的颉颃，因此它的生物利用率较高。Graff等[47]认为，氨基酸螯合铁的吸收率为无机铁(硫酸亚铁、碳酸铁、氧化铁)的4.9倍。③生物学效价高。氨基酸螯合物是机体正常的中间产物，所以氨基酸螯合物的生物学效价高。④蛋白质或氨基酸作为配体的不饱和物，稳定常数一般在4～15之间，这样既有利于与微量元素结合成螯合物被运输，需要时又能有效地从螯合物(载体)中释放出来，使蛋白质或氨基酸螯合物有可能直接穿过肠壁而被吸收[21]。⑤氨基酸螯合铁为机体提供了铁元素的同时，也可以补充必需氨基酸。⑥氨基酸螯合铁的适口性好，减少浪费。